Nanocrystals โปรตีนจากพืชชนิดพิเศษและการรักษาเนื้องอก: พัฒนาการของนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่

แพลตฟอร์มระเบียบวิธีสำหรับการสังเคราะห์นาโนคริสตัลที่ทำซ้ำได้

หนวดเครานาโนคริสตัล (NW) มักเรียกกันว่านาโนวิสเกอร์ (จากภาษาอังกฤษ นาโนวิสเกอร์) หรือนาโนฟิลาเมนต์, นาโนไวร์ และนาโนร็อด  เป็นวัสดุนาโนมิติเดียว ซึ่งมีความยาวเกินมิติอื่นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งในทางกลับกัน จะต้องไม่เกินหลายสิบนาโนเมตร

NOC มีหลายประเภท

รวมถึงโลหะ สารกึ่งตัวนำ (เช่น จาก Si, InP, GaN และอื่นๆ) โมเลกุล (ประกอบด้วยหน่วยโมเลกุลของแหล่งกำเนิดอินทรีย์หรืออนินทรีย์) และอื่นๆ

มีหลายประการที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานกลไกในการได้มาซึ่งโครงสร้างนาโนหนึ่งมิติซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นวิธีการเพื่อให้ได้มาซึ่งโครงสร้างอิสระ (ตัวอย่างเช่นกลไกการเติบโตแบบ "ไอ - ของเหลว - คริสตัล") และการใช้วิธีการของเทคโนโลยีระนาบเช่นเดียวกับวิธีอื่น ๆ

• กลไกการเติบโต "ไอ - ของเหลว - ผลึก"

กลไกการเจริญเติบโตที่พบบ่อยที่สุดเซมิคอนดักเตอร์ NWs เป็นกลไกไอ - ของเหลว - คริสตัลที่แสดงให้เห็นในปีพ. ศ. 2507 ในวิธีนี้การเติบโตแบบ epitaxial ของ NW จะดำเนินการโดยการสะสมไอสารเคมีหรือ epitaxy ลำแสงโมเลกุล

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ฟิล์มทองคำบาง ๆ จะสะสมอยู่บนพื้นผิวของสารตั้งต้นก่อน โดยทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา หลังจากนั้นอุณหภูมิในห้องจะสูงขึ้น และทองคำจะก่อตัวเป็นหยดจำนวนมาก

ป้อนส่วนประกอบเพิ่มเติมสำหรับการเจริญเติบโตวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เช่นองค์ประกอบ In และ P สำหรับการเติบโตของ InP NWs ผลของการกระตุ้นโดยอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาคือการเจริญเติบโตบนพื้นผิวภายใต้การลดลงเกิดขึ้นเร็วกว่าบนพื้นผิวที่ไม่ได้เปิดใช้งานหลายเท่าดังนั้นการปล่อยตัวเร่งปฏิกิริยาจะลอยขึ้นเหนือพื้นผิว

• วิธีการเทคโนโลยีระนาบ

บางครั้งเพื่อสร้างวัตถุนาโนมิติเดียวซึ่งเรียกอีกอย่างว่า NWs หรือนาโนฟิลาเมนต์ ใช้เทคนิคเทคโนโลยีระนาบ ตัวอย่างเช่น การใช้การพิมพ์หินด้วยแสงและการแกะสลัก ร่องแนวตั้งหรือร่องรูปตัว V จะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวที่วัสดุถูกสะสมไว้ เมื่อรวบรวมร่องหรือร่องเหล่านี้ วัสดุจะก่อตัวเป็นโครงสร้างนาโนมิติเดียวในทิศทางแนวตั้งหรือแนวนอน ตามลำดับ

อีกวิธีในการรับโครงสร้างนาโนหนึ่งมิติคือบนพื้นผิวซอยโดยใช้รูปภาพ— และการพิมพ์หินอิเล็กตรอน ก็จะสร้างชั้นมาส์กที่มีรูปแบบของ NW ที่ต้องการขึ้นมา จากนั้น ผ่านชั้นนี้ ชั้นผิวของซิลิคอนจะถูกแกะสลักออกไป เหลือเพียงซิลิคอน NW บนฉนวน ในบางกรณี ฉนวนยังถูกแกะสลักออกจากใต้ NW ทำให้เหลือโครงสร้างนาโนที่เป็นอิสระ

• การเจริญเติบโตตามธรรมชาติ

วิธีที่ง่ายที่สุดในการรับ NW ออกไซด์โลหะ นี่คือการให้ความร้อนโลหะในอากาศตามปกติและสามารถทำได้ง่ายๆ ที่บ้าน กลไกการเติบโตเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่ปี 1950 การก่อตัวของ NW ที่เกิดขึ้นเองนั้นเกิดขึ้นได้ด้วยความช่วยเหลือของข้อบกพร่องของผลึกขัดแตะ: มีการเคลื่อนตัวในทิศทางใดทิศทางหนึ่งหรือการเจริญเติบโตแบบแอนไอโซโทรปีของพื้นผิวคริสตัลที่แตกต่างกัน

หลังจากความก้าวหน้าทางกล้องจุลทรรศน์ ได้มีการแสดงให้เห็นการเติบโตของ NW ผ่านการเคลื่อนของสกรูหรือขอบเขตคู่

Khaidukov พัฒนาแพลตฟอร์มระเบียบวิธีสำหรับการสังเคราะห์นาโนคริสตัลที่ทำซ้ำได้ซึ่งได้รับการฉายรังสีด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานต่ำหลังจากการเปลี่ยนรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์ในอะตอมจะปล่อยโฟตอนที่มีพลังงานสูงขึ้นอีกครั้ง นอกจากนี้ยังสามารถปรับสเปกตรัมของรังสีดังกล่าวได้

• กำลังเปิด

หนึ่งในรางวัลที่ได้รับคือหัวห้องปฏิบัติการของศูนย์วิจัยสหพันธรัฐ "Crystallography and Photonics" ของ Russian Academy of Sciences ไปยัง Evgeny Khaidukova สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงบนแพลตฟอร์มของ nanocrystals ต่อต้าน Stokes

นาโนคริสตัลที่สังเคราะห์ด้วยวิธีนี้มีโอกาสในการสมัครในหลายพื้นที่ ตัวอย่างเช่นสำหรับการตรวจสอบกระบวนการทางชีววิทยาในเซลล์และสำหรับการใช้งานจริงในการวินิจฉัยทางการแพทย์และการบำบัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาดังกล่าวเป็นพื้นฐานสำหรับวิธีการใหม่ในการบำบัดด้วยแสงสำหรับเนื้องอกโดยใช้วิตามินบี 2

โปรตีนพิเศษจากพืช

รางวัลหนึ่งเป็นของทีมนักวิทยาศาสตร์จากเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กในการค้นพบโปรตีนอะไมลอยด์ในพืช ซึ่งมีหน้าที่ในการสะสมสารอาหารภายในเมล็ดพืช

• อะไมลอยด์

ในทางสถาปัตยกรรม อะไมลอยด์เป็นโปรตีนที่ไม่แตกแขนงไฟบริลประกอบด้วยโมโนเมอร์ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างสายโซ่ β ของแผ่น β ระหว่างโมเลกุลที่ตั้งฉากกับแกนด้านข้างของไฟบริล

โครงสร้างไฟบริลชนิดนี้เรียกว่า"cross-β" และเป็นสากลที่สุด β-sheet ใน amyloid fibril สามารถวางขนานกันและอยู่ในรีจิสเตอร์ (กรดอะมิโนที่คล้ายกันของ β-chain ที่อยู่ติดกันจะวางทับกันและเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน)

Amyloids กับ antiparallelการวางแนวของβ-chains Fibrils of prion (โปรตีนอะไมลอยด์ติดเชื้อ) HET-s ascomycete Podospora anserina ในรูปแบบของβ-helices ยังมีตัวเลือกการพับที่น่าสนใจ

• โครงสร้าง

อะไมลอยด์มีโครงสร้างที่ซับซ้อนองค์ประกอบหลักของมันคือโปรตีนซึ่งพบทั้งโปรตีนไฟบริลลาร์ (เนื้อเยื่อ) เช่นคอลลาเจนและโปรตีนในพลาสมา - α-และγ-globulins, ไฟบริโนเจน

อะไมลอยด์โพลีแซ็กคาไรด์แสดงโดยกรด chondroitinsulfuric และ hyaluronic, heparin, กรด neuraminic โดยมี chondroitin sulfates เหนือกว่า อะไมลอยด์มีคุณสมบัติเป็นแอนติเจน ทนทานต่อการทำงานของเอนไซม์ กรด ด่างหลายชนิด เนื่องจากความแข็งแรงของพันธะระหว่างส่วนประกอบของโปรตีนและโพลีแซ็กคาไรด์

• กำลังเปิด

ผู้ได้รับรางวัลเป็นคนแรกในโลกที่ค้นพบในพืชและแบคทีเรียทางชีวภาพมีโปรตีนเชิงหน้าที่เฉพาะ - อะไมลอยด์ซึ่งมีความต้านทานต่อการทำงานของเอนไซม์ย่อยอาหารโดยเฉพาะและสามารถคงอยู่ได้นานหลายปีในสภาพแวดล้อมภายนอก ก่อนหน้านี้พบในแบคทีเรีย อาร์เคีย สัตว์ และเชื้อรา แต่นี่เป็นครั้งแรกที่พบในพืช

โปรตีนไฟบริลลาร์รูปแบบพิเศษ—อะไมลอยด์—เป็นที่รู้จักจากการเชื่อมโยงกับโรคหลายชนิดที่เกิดจากการรวมตัวของโปรตีนที่ผิดปกติ (อะไมลอยด์ซิส) โดยรวมแล้ว มีโรคในมนุษย์มากกว่า 40 โรคที่เกี่ยวข้องกับอะไมลอยด์ และเป็นเรื่องยากมากที่จะรักษาหรือรักษาไม่หายอย่างสมบูรณ์ (เบาหวาน มะเร็ง อัลไซเมอร์ และอื่นๆ)

การค้นพบโปรตีนอะไมลอยด์ในพืชเป็นไปได้ด้วยอัลกอริธึมทางชีวสารสนเทศที่พัฒนาโดยผู้เขียนซึ่งมีประสิทธิผลมากที่สุดเมื่อเทียบกับแอนะล็อก

ด้วยความช่วยเหลือเป็นครั้งแรกในโลกทั้งหมดชุดของโปรตีนและได้รับการพิจารณาด้วยความแม่นยำสูงว่าการจัดเก็บโปรตีนจากเมล็ดพืชซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของอาหารของมนุษย์มีแนวโน้มที่จะสร้างอะไมลอยด์ เช่นเดียวกับโปรตีนของแบคทีเรียทางชีวภาพซึ่งมีหน้าที่ในการมีปฏิสัมพันธ์กับพืช

เนื้องอกมะเร็ง

Evgenia Dolgov, Ekaterina Potter และ AnastasiaProskurina จากศูนย์วิจัยของรัฐบาลกลาง "Institute of Cytology and Genetics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" ได้รับรางวัล "สำหรับการสร้างอุดมการณ์ใหม่ในการรักษาผู้ป่วยเนื้องอกมะเร็งตามเวลาที่ประสานงานกัน การกระทำของการเตรียมกรดนิวคลีอิกที่เป็นนวัตกรรมใหม่และการเชื่อมโยงข้ามเซลล์" ;

ผู้ได้รับรางวัลได้สร้างและทดสอบเทคโนโลยีเฉพาะสองชนิดสำหรับการรักษาเนื้องอกในสาเหตุต่างๆโดยอาศัยหลักการที่ไม่ทราบมาก่อน

• พานาเก้น

เทคโนโลยีแรกคือการใช้ยา "Panagen" โดยอาศัย DNA ที่มีเกลียวคู่ที่แยกส่วนซึ่งประสานกับเคมีบำบัด

นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการทำพรีคลินิกการศึกษาขั้นตอน I และ II ของการทดลองทางคลินิก "Panagena" ในการรักษามะเร็งเต้านม พวกเขาพิสูจน์แล้วว่ายาไม่เพียง แต่ช่วยลดผลเสียของเคมีบำบัดเท่านั้น แต่ยังช่วยกระตุ้นการทำงานของภูมิคุ้มกันต่อต้านมะเร็งด้วย

• คารานาฮาน

เทคโนโลยีที่สอง — “คารานาฮัน”—เป็นวิธีการเฉพาะในการเลือกวิธีการฉีดของเซลล์ที่ขัดขวางการแบ่งตัวของเซลล์และยาที่ใช้ DNA เป็นรายบุคคลสำหรับเนื้องอกแต่ละชนิด

อันเป็นผลจากการทำงานร่วมกันของทั้งสองแอคทีฟสารที่ทำให้เซลล์เนื้องอกถูกทำลาย ได้แก่ สเต็มเซลล์ของเนื้องอก เทคโนโลยีนี้ได้รับการทดสอบอย่างประสบความสำเร็จกับหนูทดลองและเนื้องอกในมนุษย์

สามารถเป็นได้ทั้งทางเลือกในการรักษาที่เป็นอิสระและเป็นแพลตฟอร์มสำหรับการใช้ยาและเทคโนโลยีต้านมะเร็งที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

อินเตอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมอง

Vladimir Maksimenko จาก "Innopolis University"(Tatarstan) ได้รับรางวัลสำหรับการพัฒนาอินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมองและสมองแบบไม่รุกรานสำหรับการตรวจสอบการทำงานของสมองตามปกติและทางพยาธิวิทยา

• NKI

ส่วนต่อประสานคอมพิวเตอร์สมอง (NCI) (หรือที่เรียกว่าอินเทอร์เฟซระบบประสาทโดยตรง,ส่วนต่อประสานสมอง,อินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมอง) คือระบบที่สร้างขึ้นเพื่อการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสมองและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่น คอมพิวเตอร์)

ในอินเทอร์เฟซทิศทางเดียวอุปกรณ์ภายนอกสามารถรับสัญญาณจากสมองหรือส่งสัญญาณไปยังสมองได้ (เช่น เลียนแบบเรตินาของดวงตาเมื่อฟื้นฟูการมองเห็นด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์)

อินเทอร์เฟซแบบสองทิศทางช่วยให้สมองและอุปกรณ์ภายนอกแลกเปลี่ยนข้อมูลทั้งสองทิศทาง อินเตอร์เฟสของระบบประสาทคอมพิวเตอร์มักใช้วิธี biofeedback

• การทดลองกับสัตว์

ห้องปฏิบัติการหลายแห่งสามารถบันทึกสัญญาณได้จากเปลือกสมองของลิงและหนูเพื่อควบคุม NCI ระหว่างการเคลื่อนไหว ลิงควบคุมเคอร์เซอร์บนหน้าจอคอมพิวเตอร์และให้คำแนะนำในการดำเนินการที่ง่ายที่สุดกับหุ่นยนต์เลียนแบบมือโดยมีจิตใจและไม่มีการเคลื่อนไหวใด ๆ การศึกษาอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับแมวได้พิจารณาถึงการถอดรหัสสัญญาณภาพ

• กำลังเปิด

เป็นผลให้นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาคณิตศาสตร์จำนวนหนึ่งแบบจำลองของโครงข่ายประสาทเทียม รวมถึงอินเทอร์เฟซประสาท-คอมพิวเตอร์สามส่วน (“คอมพิวเตอร์สมอง”) อินเทอร์เฟซที่สร้างขึ้นทำให้สามารถรุกรานได้ กล่าวคือ โดยการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า ป้องกันและป้องกันการชักในผู้ป่วยโรคลมบ้าหมู

ตัวอย่างเช่นวิธีนี้สามารถใช้เมื่อยาบรรเทาอาการโจมตีไม่ได้ผล

นอกจากนี้อินเทอร์เฟซยังอนุญาตให้ไม่รุกรานไม่มีการเจาะทะลุผ่านอวัยวะภายนอกของร่างกายเพื่อจำลองกิจกรรมยนต์ในจินตนาการและกำหนดความเข้มข้นของความสนใจซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการฟื้นฟูผู้ป่วยหลังเกิดโรคหลอดเลือดสมองเมื่อสอนเด็กนักเรียนและอื่น ๆ

อ่านเพิ่มเติม

ดูภาพดาวอังคาร 8 ล้านล้านพิกเซล

กำลังสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์สำหรับเที่ยวบินไปยังดาวอังคาร อันตรายอย่างไร?

การทำแท้งกับวิทยาศาสตร์: จะเกิดอะไรขึ้นกับเด็กที่จะคลอด